Primeiro processador probabilístico resolve problema de computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/10/2019

Foto do processador probabilístico e demonstração da fatoração de inteiros.
[Imagem: Borders et al. - 10.1038/s41586-019-1557-9]

Computação probabilística

Há algum tempo já se demonstrou que a computação probabilística gasta muito menos energia e que os chips probabilísticos poderão estender a Lei de Moore.

Um processador probabilístico usa uma arquitetura que não exige a precisão dos computadores atuais, trabalhando com probabilidades de que cada bit seja 0 ou 1, por exemplo.

O que não se sabia é que um computador probabilístico poderia fazer a ponte entre a computação eletrônica atual e a computação quântica.

Engenheiros das universidades de Purdue (EUA) e Tohoku (Japão) construíram o primeiro hardware para demonstrar como as unidades fundamentais do que seria um computador probabilístico, chamadas p-bits, ou bits probabilísticos, são capazes de realizar um cálculo que se acreditava ser uma exclusividade dos computadores quânticos.

Isto porque os p-bits podem ser 0 ou 1 a qualquer momento, e flutuam rapidamente entre os dois, o que tem grandes similaridades com a característica dos bits quânticos, ou qubits, de serem 0 e 1 ao mesmo tempo.

"Existe um subconjunto útil de problemas solucionáveis com qubits que também podem ser resolvidos com p-bits. Você pode dizer que um p-bit é um 'qubit dos pobres'," brincou o professor Supriyo Datta, um dos proponentes da computação probabilística. Entre esses problemas estariam pesquisas de novos medicamentos, criptografia, serviços financeiros, análise de dados e uma série de outros.

Cada p-bit (bit probabilístico) realiza o trabalho de milhares de transistores.
[Imagem: Borders et al. - 10.1038/s41586-019-1557-9]

P-bits

Uma das grandes vantagens desta nova abordagem é que, enquanto os qubits precisam de temperaturas criogênicas para operar, os p-bits funcionam à temperatura ambiente, como os eletrônicos de hoje, de forma que o hardware atual pode ser adaptado para a construção de um computador probabilístico.

A equipe construiu um dispositivo que é uma versão modificada da memória de acesso aleatório magnetorresistiva, ou MRAM, que alguns tipos de computadores já usam para armazenar informações. A tecnologia usa a orientação de ímãs para criar estados de resistência correspondentes a zero ou um.

Uma célula de memória MRAM foi modificada para tornar-se instável, facilitando a capacidade de os p-bits flutuarem entre dois valores. Combinando essa célula intencionalmente volúvel com um transístor, a equipe construiu um componente de três terminais cujas flutuações podem ser controladas.

Oito desses p-bits foram então combinados para criar o primeiro protótipo de um processador probabilístico.

O chip resolveu com sucesso o que é frequentemente considerado um "problema quântico": dividir ou fatorar números como 35.161 e 945 em números menores, um cálculo conhecido como fatoração de número inteiro. Esses cálculos estão bem dentro das capacidades dos computadores clássicos atuais, mas os pesquisadores afirmam que a abordagem probabilística demonstrada agora ocuparia muito menos espaço e gastaria menos energia.

"Em um chip, esse circuito ocuparia a mesma área que um transístor, mas executaria uma função que exigiria milhares de transistores para rodar. Ele também opera de maneira a acelerar o cálculo através da operação paralela de um grande número de p-bits," disse o pesquisador Ahmed Pervaiz.

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